1、第5章:集成运放的应用 p运算放大器的基本电路 （operational amplifiers）p信号运算电路（operational amplifiers）p RC有源滤波器（RC Active Filters）p电压比较器（Voltage comparators）p非正弦波发生器（relaxation oscillators）5.1-1 理想运放的性能指标（ideal operational amplifier）p 开环差模增益（电压放大倍数）AUo=p 差模输入电阻：RID=p 共模输入电阻：RIC=p 输出电阻：Ro=0p 共模抑制比：KCMR=p 上限截止频率：fH=p 输入失调电压
2、及温漂均为 0p 输入失调电流及温漂均为 05.1 运算放大器的基本电路5.1-2 理想运放工作在线性工作区（linear region(active region)）p“虚短路”(Virtual short)Uo=AUo(U+-U-)，由于AUo=U+=U-反馈网络U+U-Uop“虚断路”(Virtual opened)由于理想运放的输入电阻为 I+=I-=0p 理想运放要工作在线性区，电路中必须引入负反馈5.1 运算放大器的基本电路5.1-3 理想运放工作在非线性工作区（nonlinear region）p 当 U+U-时，由于AUo=UO=UOMp 理想运放开环工作时，则在非线性区 仍满
3、足：I+=I-=0p 典型应用：比较器0U+-U-UoUOM-UOMp 当 U+U-时，由于AUo=UO=-UOMUIUo过零比较器5.1 运算放大器的基本电路5.1-4 反相比例运算电路（inUerting amplifier）p 根据理想运放工作在线性区的特点：U+=U-，I+=I-=0，U-=U+=0 反相端称为虚地（Uirtual ground）IR1=IRF (UI-U-)/R1=(U-UO)/RF AUF=-RF/R1 RIF=R1 Ro=0 R2 取值：R1/RFUIUoRFR1R2p 深度电压并联负反馈，输入电阻不高，输出电阻很低；p 反相输入端电位等于零，共模输入电压很小；p
4、 电压增益决定于电阻 RF、R1之比，与运放内部参数无关，当 RF=R1时，电路为单位增益倒相器5.1 运算放大器的基本电路p 典型反相比例运放：RIF=R1，要提高输入电阻，则需提高 R1 的值。要保证一定的放大倍数，也要提高RF的值，RF太大时，运放将不能认为是理想运放。p T形网络反相比例运算电路 (UI-U-)/R1=(U-UM)/R2 UM=-UIR2/R1 IR3=-UM/R3=UIR2/(R1R3)IR2=UI/R1 IR4=IR2+IR3 UO=-IR2R2-IR4R4 AUF=UO/UI=-R2+R4+(R2R4)/R3/R1p 输入电阻仍为：R1，只要取(R2R4)/R3较
5、大，即可得到 高的电压放大以及高的输入电阻。R3的引入减小了反馈系数，要求AUO更高UIUoR1R5R2R3R4NM5.1 运算放大器的基本电路5.1-5 同相比例运算电路（noninverting amplifier）UIUoR1R2p 根据理想运放工作在线性区的特点：U+=U-，I+=I-=0RF IR1=IRF (0-U-)/R1=(U-UO)/RF UI=U+=U-AUF=1+(RF/R1)RIF=Ro=0 R2 取值：R1/RFp 深度电压串联负反馈电路，输入电阻高，输出电阻很低；p 运放输入端有共模输入，要求运放共模抑制比高；p 电压增益决定于电阻 RF、R1之比，与运放内部参数无
6、关，当 RF=0 或 R1=时，电路为电压跟随器（buffer）5.1 运算放大器的基本电路5.1-6 差分比例运算电路（differential amplifier）p 根据理想运放工作在线性区的特点：U+=U-，I+=I-=0p 根据叠加定理：U-=UI1RF/(R1+RF)+UOR1/(R1+RF)U+=UI2RF/(R1+RF)AUF=UO/(UI1-UI2)=-(RF/R1)RIF=2R1 Ro=0UI1UoR1R1RFRFUI2p 深度电压并联负反馈电路，输入电阻不高，输出电阻很低；p 运放输入端有共模输入，要求运放共模抑制比高；p 电压增益决定于电阻 RF、R1之比，与运放内部参
7、数无关，实现了减法运算，对元件的对称性要求高。5.1 运算放大器的基本电路右图所示T型反馈网络电路中，R1=2M，R2=R3=470k，R4=1kUIUoR1R5R2R3R4NMUIUoRFR1R2AUF=UO/UI =-R2+R4+(R2R4)/R3/R1 =-110.9 RIF=R1=2M若采用典型反相比例运算电路，需要同样的AUF和RIFR1=RIF=2MRF=-AUFR1=221.8MR2=R1/RF=1.98M5.1 运算放大器的基本电路下图所示电路中，R1=10k，R2=100k，R4=100k，R5=500kR5R3R4UIUoR1R2p 第一级构成同相比例运算电路：AUF1=1
8、+(R2/R1)=11p 第二级构成反相比例运算电路：AUF2=-R5/R4=-5 AUF=AUF1*AUF2=-555.1 运算放大器的基本电路右图电路为：输入电阻自举扩展反相比例运算电路RUIUoR1R22R1R2IIIR1IRUo2A1A2p 对运放A1：UO=-UIR2/R1p 对运放A2：UO2=-UO*2R1/R2=2UI II=IR1-IR IR1=UI/R1 IR=UI/R II=(1/R1)-(1/R)UI RI=UI/II=RR1/(R-R1)若R=R1，RI=若取R1=10k，R=10.01k，则 RI10M5.1 运算放大器的基本电路5.2-1 求和运算电路（summi
9、ng amplifier）p 根据理想运放工作在线性区的特点：U+=U-，I+=I-=0 U-=U+=0 IR1+IR2+IR3=IF (UI1/R1)+(UI2/R2)+(UI3/R3)=-UO/RF UO=-UI1(RF/R1)+UI2(RF/R2)+UI3(RF/R3)若：若：R1=R2=R3=R UO=-(RF/R)(UI1+UI2+UI3)R4=R1/R2/R3/RFRFR1UoR2R3R4UI1UI2UI3p 改变某路输入电压与输出电压的比例关系，只需改变对应的 输入回路电阻，且对其它各路无影响，调节方便，应用广泛p 输入端共模电压小p 各路输入电阻小反相输入求和电路5.2 信号运
10、算电路p 根据理想运放工作在线性区的特点：U+=U-，I+=I-=0 IR1+IR2+IR3=IR4(UI1-U+)/R1+(UI2-U+)/R2+(UI3-U+)/R3=U+/R4 U+=UI1(R+/R1)+UI2(R+/R2)+UI3(R+/R3)R+=R1/R2/R3/R4 UO=U-1+(RF/R)=U+1+(RF/R)=1+(RF/R)UI1(R+/R1)+UI2(R+/R2)+UI3(R+/R3)p R+与各输入回路的电阻都有关，调节某一路的输入回路电阻，对其它各路都有影响，调节不方便，应用不广泛p 输入端共模电压大同相输入求和电路RFR1UoR2R3R4UI1UI2UI3R5.
11、2-1 求和运算电路（summing amplifier）5.2 信号运算电路p 运用叠加定理：对反相求和运算电路：UO1=-RF(UI1/R1)+(UI2/R2)对同相求和运算电路：若：若：R1/R2/RF=R3/R4/R5 UO2=RF(UI3/R3)+(UI4/R4)UO=RF(UI3/R3)+(UI4/R4)-(UI1/R1)-(UI2/R2)p 电阻的选取和调整不方便；p 每路输入电阻均较小差分输入加减电路RFR1UoR2R3R4UI1UI2UI3R5UI45.2-1 求和运算电路（summing amplifier）5.2 信号运算电路p 电阻的选取和调整方便；每路输入电阻均较大p
12、 共模输入信号大两级求和电路RF2R2R4UI1UoR1RF1UI2R3p 第一级构成同相比例运算电路：UO1=1+(RF1/R1)UI1p 第二级构成差分比例运算电路：UO=-(RF2/R3)UO1+1+(RF2/R3)UI2 若：若：R1=RF2,R3=RF1 UO=1+(RF2/R3)(UI2-UI1)R2=R1/RF1 R4=R3/RF25.2-1 求和运算电路（summing amplifier）5.2 信号运算电路5.2-2 积分和微分运算电路（integrator and differentiator）CR1UoUIRp 积分运算电路：根据理想运放工作在线性区的特点：U+=U-，
13、I+=I-=0 U-=U+=0IC=IR=UI/RdtURCdtICUUICCO11R1=R，积分时间常数：=RCUIUOp 实际中，为防止低频信号增益过大，常在电容上并联一个电阻5.2 信号运算电路5.2-2 积分和微分运算电路（integrator and differentiator）CR1UoUIRp 微分运算电路：根据理想运放工作在线性区的特点：U+=U-，I+=I-=0 U-=U+=0UC=UI IR=IC=C(dUI/dt)dtdURCRIUIROR1=R，积分时间常数：=RCUIUOp 实际中，为防止自激振荡，常反馈电阻上并联一个小电容；p 为抑制高频干扰，提高输入阻抗，常在输入回路中串联一个小电阻5.2 信号运算电路习题：P206 5-3(不是5-4)P207 5-65.2 信号运算电路
